Ξεκίνησε μια νέα εποχή για την αστρονομία νετρίνων

Καλλιτεχνική αναπαράσταση μιας κοσμικής πηγής νετρίνων που λάμπει πάνω από το παρατηρητήριο IceCube στον νότιο πόλο. Κάτω από τον πάγο οι φωτοανιχνευτές συλλαμβάνουν τα σήματα των νετρίνων.

Στον φαινομενικά ακίνδυνο σπειροειδή γαλαξία Messier 77 (M77 ή NGC 1068) που απέχει 47 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, ‘κρύβεται’ μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που προκαλεί την έντονη ακτινοβολία του περιβάλλοντος αερίου. Η ερευνητική ομάδα του τηλεσκοπίου νετρίνων IceCube αναφέρει την ανίχνευση νετρίνων υψηλής ενέργειας που προέρχονται από αυτόν τον γαλαξία [Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068].
Αν απόψε το βράδυ κοιτάξετε ψηλά, νότια-νοτιοανατολικά στον νυχτερινό ουρανό στις 11:50 μμ, θα δείτε σίγουρα την εντυπωσιακή προσέγγιση 3ο του Δία στη Σελήνη (11 ημερών). Όμως, αν διαθέτετε κιάλια ή ένα ταπεινό τηλεσκόπιο, μπορείτε επιπλέον να εντοπίσετε – στην περιοχή που υποδεικνύουν οι τέσσερις παύλες στην εικόνα – τον σπειροειδή γαλαξία Messier 77 (M77).

Η παραπάνω δημοσίευση ανοίγει το δρόμο για την χρήση κοσμικών νετρίνων για αστροφυσικές μετρήσεις που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ερμηνεία της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας του σύμπαντος.

Σύμφωνα με την Janet Conrad, μέλος της ερευνητικής ομάδας IceCube: «Αυτή η παρατήρηση σηματοδοτεί μια νέα εποχή στην αστρονομία νετρίνων. Αγωνιστήκαμε τόσο πολύ για να εντοπίσουμε με ακρίβεια πιθανές κοσμικές πηγές νετρίνων και τώρα έχουμε δει μία. Έχουμε σπάσει ένα φράγμα».

Τα νετρίνα κοσμικής προέλευσης συγκαταλέγονται στα πιο ενεργητικά και πιο άφθονα σωματίδια του σύμπαντος. Αλληλεπιδρούν όμως ελάχιστα με την ύλη. Έτσι, τα κοσμικά νετρίνα που παράγονται από τους λεγόμενους κοσμικούς επιταχυντές μπορούν να διασχίσουν χωρίς να αλληλεπιδράσουν έτη φωτός κανονικής ύλης. Αυτή η μικρή πιθανότητα αλληλεπίδρασης είναι προβληματική όταν πρόκειται για την ανίχνευση νετρίνων, αφού μπορούν εύκολα να περάσουν μέσα από έναν ανιχνευτή χωρίς να αλληλεπιδράσουν με αυτόν. Όμως η έλλειψη αλληλεπιδράσεων είναι πλεονέκτημα όσον αφορά τον προσδιορισμό της διαδρομής που ακολουθούν τα κοσμικά νετρίνα – από την πηγή τους μέχρι τη Γη όπου ανιχνεύονται.

Οι ερευνητές ελπίζουν πως ανατρέχοντας στις διαδρομές των κοσμικών νετρίνων, θα μπορέσουν να εντοπίσουν τους ‘επιταχυντές’ που τα παρήγαγαν. Αυτοί οι επιταχυντές αναμένεται να είναι πηγή όχι μόνο νετρίνων υψηλής ενέργειας, αλλά και κοσμικών ακτίνων. Οι εν λόγω κοσμικές ακτίνες έχουν τεράστιες ενέργειες—πάνω από ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από τις ενέργειες των σωματιδίων που επιταχύνονται στους επιταχυντές σωματιδίων στα διάφορα εργαστήρια της Γης. Το πού (και πώς) η φύση δημιουργεί τέτοιες κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας δεν έχει ξεκαθαριστεί ακόμα. Τα νετρίνα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον εντοπισμό των κοσμικών επιταχυντών και να αποκαλύψουν επίσης την εσωτερική τους λειτουργία.

Το Παρατηρητήριο νετρίνων IceCube βρίσκεται στην Ανταρκτική, όχι μακριά από το Νότιο Πόλο. Οι οπτικοί αισθητήρες του παρατηρητηρίου βρίσκονται σε βάθος 1,5 με 2 km κάτω από την επιφάνεια της Ανταρκτικής σε μια τρισδιάστατη διάταξη που περιλαμβάνει 1 km3 οπτικά διαφανούς πάγου. Όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με τον πυρήνα ενός ατόμου σε αυτόν τον πάγο, παράγονται φορτισμένα σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια στη συνέχεια εκπέμπουν υπεριώδη και ‘μπλε’ φωτόνια που συλλέγουν οι αισθητήρες.

Το 2018, η ερευνητική ομάδα του IceCube ανέφερε την ανίχνευση μιας έκλαμψης νετρίνων που φαινόταν να προέρχεται από ένα μπλέιζαρ (blazar), έναν πίδακα ακτίνων γάμμα που προκαλεί μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα. Αυτή η σύμπτωση μεταξύ ενός blazar και μιας έκλαμψης νετρίνων έχει αφήσει ανοιχτά πολλά ερωτήματα, καθώς τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα που προέρχονται από το blazar δεν ταιριάζουν με αυτά που προβλέπουν τα μοντέλα νετρίνων. Γιαυτό, οι ερευνητές ενδιαφέρονται να εντοπίσουν κι άλλες κοσμικές πηγές νετρίνων.

Το IceCube βρήκε για πρώτη φορά ενδείξεις νετρίνων που προέρχονταν από τον γαλαξία M77 το 2020, όταν ανέφεραν πως είχαν βρει 63 νετρίνα που προέρχονταν από τον εν λόγω γαλαξία. Αλλά αυτό το αποτέλεσμα ήταν αρκετά χαμηλής στατιστικής σημασίας (2,9 σίγμα), δηλαδή το σήμα θα μπορούσε να ήταν μια τυχαία διακύμανση.

Μια λεπτομερέστερη επανεπεξεργασία των δεδομένων απέδειξε ότι από τα μερικές χιλιάδες ανιχνευθέντα γεγονότα που οφείλονταν σε κοσμικά νετρίνα, τα 79 προέρχονται από τον M77, με στατιστική ακρίβεια 4,2 σίγμα. [Το εύρημα] δεν είναι ακόμη πάνω από το διάσημο επίπεδο «5 σίγμα», αλλά αν μπορούσαμε να επαναλάβουμε το ίδιο πείραμα πολλές, πολλές φορές, η πιθανότητα να λάβουμε αυτό το αποτέλεσμα τυχαία είναι μικρότερη από 1 στις 100.000.

Υπάρχουν θεωρητικά μοντέλα σύμφωνα με τα οποία η μαύρη τρύπα του Μ77 θα μπορούσε να είναι ένας κοσμικός επιταχυντής που στο περιβάλλον της παράγει κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας και τα παρατηρούμενα νετρίνα. Όμως είναι ακόμα νωρίς για να ισχυριστεί κανείς ότι το IceCube επιβεβαίωσε τις σχετικές θεωρίες.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v15/171

https://physicsgg.me/